Влияние генов МС4R, POU1F1, PRLR, ESR на продуктивные качества свиней

Маркер-зависимой селекции (MAS, англ.) — селекции на основе ДНК-маркеров (определенных участков нуклеотидной последовательности) является перспективным направлением для повышения эффективности производства продукции животноводства. В качестве генов-маркеров выступают гены, имеющие влияния на биохимические и физиологические процессы в организме, обладающие полиморфизмом (различные аллельные варианты) обусловленным, как правило, точечной мутацией. В работе представлены гены MC4R (меланокортиновый рецептор-4), POU1F1 (гипофизарный фактор транскрипции), ESR (рецептора эстрогена), PRLR (рецептор пролактина) которые являются перспективными маркерами воспроизводительной, откормочной и мясной продуктивности свиней.

Ключевые слова:свиньи, ДНК, гены, POU1F1,MC4R, PRLR, ESR.

Стремительное развитие молекулярной генетики и ДНК-технологий позволяет проводить исследования животных на молекулярном уровне и считывать нуклеотидную последовательность ДНК. На сегодняшний день считается, что в структуре ДНК закодирован весь план развития любого организма. В течение международного научно-исследовательского проекта по расшифровке генома человека было разработано много новых методов, которые в настоящее время все более широко используются для исследований в медицине, фармакологии, сельском хозяйстве и т. д.

В частности, расшифровка геномов сельскохозяйственных животных, создание генных карт, изучение строения определенных генов послужило развитию маркер-зависимой селекции (MAS, англ.) — селекции на основе ДНК-маркеров (определенных участков нуклеотидной последовательности).

В настоящее время в животноводстве все большую популярность приобретают ДНК-маркеры, основанные на генах, белковый продукт которых играет значительную роль в формировании или регуляции некоторых физиологических процессов. Сам ген при этом должен обладать различными аллельными вариантами (полиморфизмом), которые связаны с уровнем продуктивности животных. Определить эти варианты и установить желательный (т. е. тот, который будет связан с наилучшим уровнем продуктивности) является главной задачей маркер-зависимой селекции [1].

В настоящее время у cвиней известен целый ряд генов-маркеров, представляющих интерес при селекции на воспроизводительные, откормочные и мясные качества. Перспективными генами-маркерами воспроизводительной продуктивности являются гены рецептора эстрогена (ESR) и рецептора пролактина (PRLR), откормочной продуктивности — гены меланокортинового рецептора 4 (MC4R) и гипофизарного фактора транскрипции (POU1F1) [2].

У свиней ген МС4R локализован на хромосоме 1 (SSC1) и его полиморфный характер связан с энергией роста, толщиной шпика и использованием корма. Функциональной особенностью MC4-рецептора является контроль массы тела и регуляция пищевого поведения. Механизмы этого действия до конца не изучены, но на основании имеющихся литературных данных можно заключить, что некоторые особенности данного процесса реализуются при взаимодействием МС4-рецепторов с системой лептина [3].

Ген POU1F1 расположен на хромосоме 13 (SSC13) и кодирует гипофизарный фактор транскрипции регулирующим транскрипционным фактором, детерминирующим экспрессию гормонов роста и пролактина.который эффективно стимулирует экспрессию гена GH (соматотропный гормон, гормон роста), гена пролактина и тиреотропного гормона (ТТГ) в гипофизе [4].

Ген PRLR детерминирует специфический рецептор гормона передней доли гипофиза — пролактина, который в организме млекопитающих участвует в регуляции роста, метаболизма и размножения. Картирован он на хромосоме 16 (SSC16).

Ген ESR1 локализуется на 1 хромосоме (SSC1) и кодирует специфический рецептор эстрогена, который является проводником гормонального сигнала эстрогенов. Эстрогены — стероидные гормоны, играющие центральную роль в регуляции процессов размножения.

В лаборатории теоретических основ селекции с.-х. животных Донского государственного университета были проведены исследования по изучению влияния генов-маркеров на продуктивные качества свиней и внедрения их в селекционно-племенную работу «Племзавода Юбилейный» [5].

Цель данной работы описать генетическую структуру по генам MC4R, POU1F1, ESR и PRLR свиноматок крупной белой породы (КБ), оценить влияние полиморфизма генов PRLR и ESR на воспроизводительные и генов MC4R, POU1F1 на откормочные качества. На основании полученных результатов выявить «желательные» генотипы для их дальнейшего закрепления в популяции.

Исследования выполнялись на свиноматках породы крупная белая (КБ) линии Го в ЗАО «Племзавод Юбилейный» Тюменской области. Для проведения ДНК-генотипирования у свиней были отобраны образцы ткани площадью 1 см² (ушные выщипы). Генетический анализ проводился в лаборатории молекулярной генетики Государственного научного учреждения «Всероссийский научно-исследовательский институт животноводства» Россельхозакадемии (ГНУ ВИЖ, п.Дубровицы) методом ПЦР-ПДРФ (полимеразная цепная реакция, полиморфизм длин рестрикционных фрагментов). После амплификации генов MC4R, POU1F1, PRLR и ESR в полученный продукт вносили рестриктазы TaqI, MspI, AluI и PvuII соответственно. Рестрикционные фрагменты разделяли в 3 %-ном агарозном геле. Визуализацию проводили на трансиллюминаторе в УФ свете.

По результатам молекулярно — генетического исследования определяли наличие и частоту встречаемости аллелей и генотипов по генам MC4R, POU1F1, PRLR и ESR.

Взаимосвязь между генотипами по генам PRLR и ESR и воспроизводительными качествами определяли по количеству поросят при рождении (гол.) и многоплодию (гол.) у свиноматок КБ (n=50). Все свиноматки относились к одной линии Го, содержались в одинаковых условиях и имели как минимум три опороса. Для анализа были взяты данные по первым трем опоросам. Влияние генотипов по генам МС4R и POU1F1 на откормочную продуктивность определяли по результатам контрольного выращивания ремонтных свинок (n=50) до живой массы 100 кг. Учитывался возраст достижения живой массы 100 кг (дн.), средний суточный прирост (г), затраты корма на 1 кг прироста (к. ед.), толщина шпика на пояснице (мм).

По результатам проведенного анализа (табл. 1) была установлена частота встречаемости аллелей и генотипов по генам MC4R, POU1F1, PRLR, ESR. Наибольшая частота встречаемости по гену PRLR обнаружена у аллеля B и генотипа BB, по гену ESR — аллеля A и генотипа AA. Аллель A гена MC4R значительно превосходит аллель G, а гомозиготный генотип AA встречается чаще гетерозиготного AG. Гомозиготный генотип GG обнаружен не был, что согласно литературным данным является характерной особенностью свиней крупной белой породы [6]. По гену POU1F1 аллель D превосходит аллель C, а генотип CD превосходит другие генотипы. Следует отметить, что генотип CC имеет очень низкую частоту встречаемости.

Наибольшее влияния на воспроизводительные качества свиноматок КБ было установлено для генотипов гена PRLR (табл.2). В качестве «желательного» установлен генотип BB, наличие которого у свиноматок связано с большим количеством поросят при рождении на 1,8 и многоплодием на 2,05 гол.

Таблица 1

Частота встречаемости аллелей и генотипов по генам MC4R, POU1F1, PRLR, ESR

По гену ESR отмечено, что наличие у свиноматок генотипа ВВ связано с высокими показателями воспроизводительных качеств, но статистически достоверной разницы с другими генотипами не выявлено.

Таблица 2

Воспроизводительные качества свиноматок КБ разных генотипов по генам PRLRи ESR

*- Р<0,01

В таблице 4 представлены результаты контрольного выращивания свинок КБ разных генотипов по генам MC4R и POU1F1. В качестве «желательных» генотипов установлены по гену MC4R генотип AG, который связан с лучшей скороспелостью на 5,4 дн. (3,16 %), среднесуточным приростом на 82,3г (9,9 %) и меньшими затратами корма на 0,13 к.ед. (4,16 %); по гену POU1F1 генотип СС, связан с лучшей скороспелостью на 8,86 дн. (5,2 %), среднесуточным приростом на 150,7 г (17,7 %), меньшими затратами корма на 0,24 к.ед. (8,2 %) [7,8].

Таким образом, проведенные исследования показали, что генотипы по генам PRLR, MC4R и POU1F1 могут быть использованы в качестве генов маркеров для повышения воспроизводительной и откормочной продуктивности свиней крупной белой породы.

Таблица 4

Результаты контрольного выращивания свинок КБ разных генотипов по генам MC4R и POU1F1

*-Разность средних достоверна при Р< 0,05

**- Р < 0,01

Развитие молекулярно-генетических исследований и ДНК-технологий позволяют предположить, что генетический мониторинг и маркер-зависимая селекция будут способствовать повышению уровню хозяйственно полезных признаков, улучшению качества продукции и, как следствие, повышению эффективности производства продукции свиноводства.

Литература

1.         Гетманцева Л. В. Молекулярно-генетические аспекты селекции животных// Молодой ученый. — 2010. — № 12. — С.199–201.

2.         Chen K, Baxter T, Muir W, Groenen M, Schook L. Genetic resources, genome mapping and evolutionary genomics of the pig (Susscrofa) // Int J. Biol Sci.- 2007.- N.3.- P.153–165.

3.         Xiao Shi-jun, Yan Ying, Ren Jun, Ding Neng-shui, Guo Yuan-mei, Ma Jun-wu, Li Lin, Zhou Li-hua, Huang Lu-sheng. Polymorphisms of the MC4R causative mutation in Chinese and Western pig breeds and its effects on growth and fatness traits // Acta Veterinaria et Zootechnica Sinica. — 2006. — 37(9). — 841–845.

4.         Yu T. P., Wang L., Tuggle C. K., and Rothschild M. F. Mapping genes for fatness and growth on pig chromosome 13: a search in the region close to the pig Pit1 gene // J.Anim. Breed. Genet.- 1999.- № 116.- Р.269–280.

5.         Mihailov N. V., Getmantseva L. V. Association polymorphism in the POU1F1/MspI, PRLR/AluI и ESR1/PvuII gene with reproductive traits in Pigs // European Applied Sciences, 2013. — № 2. — Р.7–10.

6.         Костюнина О. В., Зиновьева Н. А., Сизарева Е. И. и др. Полиморфизм гена рецептора меланокортина MC4R и его влияние на мясные и откормочные качества свиней //Достижения науки и техники АПК. — 2012. — № 8.- С. 49–51.

7.         Гетманцева Л. В., Карпенко Е. А., Чикотин Д. В.. Использование ДНК-маркеров в селекции свиней // Перспективное свиноводство.- 2012.- № 1.- С.20–21.

8.         Максимов Г. В., Гетманцева Л. В. Влияние гена MC4R на мясную продуктивность свиней // Главный зоотехник. — 2011. — № 10. — С. 9–12.